DE202014011396U1 - Reduction of ventilation-related interference in an ultrasound detection system for a fluid - Google Patents
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Abstract
Fluidsensor (130, 130', 130") zum Erfassen mindestens einer Eigenschaft eines Fluids, wobei der Fluidsensor (130, 130', 130") aufweist:
einen Erfassungsbereich;
ein zum Erfassen einer Eigenschaft des im Erfassungsbereich befindlichen Fluids ausgestaltetes Erfassungselement; und
ein um den Erfassungsbereich herum angeordneter Filter (250, 250'), wobei der Filter (250, 250') ausgestaltet ist, um
es einem flüssigen Anteil des Fluids zu erlauben, in den Erfassungsbereich einzutreten und ihn zu verlassen, und
einen Gasanteil des Fluids im Wesentlichen daran zu hindern, in den Erfassungsbereich einzutreten.
Fluid sensor (130, 130 ', 130 ") for detecting at least one property of a fluid, the fluid sensor (130, 130', 130") having:
a detection area;
a detection element configured to detect a property of the fluid located in the detection area; and
a filter (250, 250 ') arranged around the detection area, the filter (250, 250') being configured to
allow a fluid portion of the fluid to enter and exit the sensing area, and
to substantially prevent a gas portion of the fluid from entering the detection area.
Description
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme zum Erfassen eines Fluids. Genauer beziehen sich erfindungsgemäße Ausführungsformen auf Mechanismen und Verfahren zum Verringern von Störungen bei Messungen, die durch Luftblasen (z.B. ein in einer Flüssigkeit eingeschlossenes Gas) in Sensoren für Füllstand und Konzentration eines Fluids verursacht werden.The present invention relates to systems for sensing a fluid. More specifically, embodiments of the invention relate to mechanisms and methods for reducing interference in measurements caused by air bubbles (e.g., a gas trapped in a liquid) in fluid level and concentration sensors.
Das Erfassen des Füllstandes und der Konzentration eines Fluids spielt in einer Reihe fahrzeugtechnischer Anwendungen eine wichtige Rolle, zum Beispiel das Erfassen von Diesel Exhaust Fluid (DEF), das in einem System zur Emissionsbegrenzung bei Dieselmotoren unter Anwendung der selektiven katalytischen Reduktion zum Einsatz kommt. Beim Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) werden im Dieselprozess entstehende Stickoxid (NOx)-Emissionen durch katalytische Reaktion in zweiatomiges, unschädliches Stickstoffgas (N2) und Wasser (H2O) umgewandelt. Bei dem Verfahren wird DEF verwendet. In sauberen Dieselmotoren setzt ein SCR-System nahezu NOx-freie Emissionen frei.The detection of the level and the concentration of a fluid plays an important role in a number of automotive applications, for example the detection of Diesel Exhaust Fluid (DEF), which is used in a system for limiting emissions in diesel engines using selective catalytic reduction. In the selective catalytic reduction (SCR) process, nitrogen oxide (NOx) emissions generated in the diesel process are converted into diatomic, harmless nitrogen gas (N 2 ) and water (H 2 O) by catalytic reaction. DEF is used in the process. In clean diesel engines, an SCR system releases almost NOx-free emissions.
DEF ist ein Gemisch aus gereinigtem Wasser und Harnstoff. In einem typischen SCR-System wird DEF in einem Behälter eines Fahrzeugs gespeichert und in einem Verhältnis von etwa 1:50 zum gerade verbrannten Dieselkraftstoff über eine oder mehr Einspritzdüsen in den Abgasstrom eingespritzt. Der eingespritzte Harnstoff (in Form eines Nebels) vermischt sich mit dem Abgas und zerlegt das NOx im Abgas in Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid.DEF is a mixture of purified water and urea. In a typical SCR system, DEF is stored in a container of a vehicle and injected into the exhaust gas stream in a ratio of approximately 1:50 to the diesel fuel that has just been burned, via one or more injection nozzles. The injected urea (in the form of a mist) mixes with the exhaust gas and breaks down the NOx in the exhaust gas into nitrogen, water and carbon dioxide.
Wenn Verunreinigungen wie etwa Dieselkraftstoff, Wasser und Ethylenglykol sich mit dem DEF vermischen, wird die Fähigkeit des DEF, das NOx im Abgas zu reduzieren, verringert. Verunreinigtes DEF führt möglicherweise auch zu Schäden am NOx-Reduktionssystem. Außerdem ist es wichtig, dass DEF in ausreichender Menge für die Verwendung im SCR-System bereitsteht. Im Behälter oder in dessen Nähe werden ein oder mehr Sensoren verwendet, um bestimmte Eigenschaften des DEF zu erfassen. Zu den Sensoren gehören beispielsweise: ein Füllstandssensor zum Bestimmen einer DEF-Menge im Behälter; ein Konzentrationssensor zum Bestimmen der Qualität des DEF im Behälter; und ein Temperatursensor. Der Fluidfüllstand ist repräsentativ für die Menge oder Quantität des Fluids, und die Konzentration ist eine für die Qualität des Fluids repräsentative Eigenschaft.When contaminants such as diesel fuel, water and ethylene glycol mix with the DEF, the ability of the DEF to reduce the NOx in the exhaust gas is reduced. Contaminated DEF may also damage the NOx reduction system. It is also important that DEF is available in sufficient quantities for use in the SCR system. One or more sensors are used in or near the container to detect certain properties of the DEF. The sensors include, for example: a level sensor for determining a DEF amount in the container; a concentration sensor to determine the quality of the DEF in the container; and a temperature sensor. The fluid level is representative of the amount or quantity of the fluid and the concentration is a property representative of the quality of the fluid.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Kürzlich ist beobachtet worden, dass in DEF in einem SCR-System Luft eindringen kann (d.h. es mit Luft so gemischt wird, dass Luftblasen im Fluid mitgerissen werden). Zu einer Belüftung kann es zum Beispiel beim schnellen Füllen oder Nachfüllen eines Tanks oder Behälters für DEF kommen. Zu einer Belüftung kann es auch bei starken Schwingungen kommen, sodass das Fluid im Behälter heftig hin- und herschwappt, oder sie tritt möglicherweise im Rücklaufstrom des DEF auf, falls eine Pumpe des SCR-Systems Luft ansaugt. Zu einer ähnlichen Belüftung kann ebenso in anderen Fluiden, darunter, aber nicht ausschließlich, in Ottokraftstoff, Dieselkraftstoff, Motorenöl, Hydraulikflüssigkeit und Getriebeöl kommen.It has recently been observed that air can enter DEF in an SCR system (i.e. it is mixed with air in such a way that air bubbles are entrained in the fluid). Ventilation can occur, for example, when quickly filling or refilling a tank or container for DEF. Aeration can also occur with strong vibrations, causing the fluid in the container to sway violently, or it can occur in the return flow of the DEF if a pump of the SCR system draws in air. Similar ventilation can also occur in other fluids, including, but not limited to, petrol, diesel, engine oil, hydraulic fluid, and transmission oil.
Allgemein verlangen genaue Fluidmessungen ein homogenes Fluid, bei dem die Schallgeschwindigkeit gemessen werden soll. Wenn das Fluid belüftet ist, wird der Weg der Ultraschallwellen durch die Anwesenheit von Luftblasen gestreut. Diese Störung der Schallwellen verursacht einen Verlust im reflektierten Echo (d.h. keine Messung der Schallgeschwindigkeit) und damit einen Verlust in der Genauigkeit der Fluidmessungen.In general, accurate fluid measurements require a homogeneous fluid at which to measure the speed of sound. When the fluid is aerated, the path of the ultrasonic waves is scattered by the presence of air bubbles. This disturbance of the sound waves causes a loss in the reflected echo (i.e. no measurement of the speed of sound) and thus a loss in the accuracy of the fluid measurements.
Dementsprechend sieht die Erfindung in einer Ausführungsform einen Filter, und genauer, einen Fluidsensor einschließlich eines Filters vor. Der Filter hindert oder hemmt Luftblasen am Eintreten in einen Erfassungsbereich des Fluidsensors. Der Erfassungsbereich enthält das zu erfassende Fluid. Das Fluid wird erfasst, indem eine Ultraschallimpulswelle durch das im Erfassungsbereich enthaltene Fluid erzeugt wird. Die Laufzeit, in der die Ultraschallimpulswelle vom Erfassungsbereich und zurück zum Aussendepunkt unterwegs ist, wird gemessen. Sind Luftblasen im Fluid eingeschlossen, so streuen die Blasen das Ultraschallsignal, was zur Folge hat, dass der Fluidsensor die Echoreflexion nicht empfängt und somit die Laufzeit nicht genau gemessen wird. Diese Änderungen verursachen unregelmäßige Messergebnisse oder liefern keine Messergebnisse.Accordingly, in one embodiment, the invention provides a filter, and more specifically, a fluid sensor including a filter. The filter prevents or inhibits air bubbles from entering a detection area of the fluid sensor. The detection area contains the fluid to be detected. The fluid is detected by generating an ultrasonic pulse wave through the fluid contained in the detection area. The transit time in which the ultrasonic pulse wave travels from the detection area and back to the emission point is measured. If air bubbles are included in the fluid, the bubbles scatter the ultrasound signal, with the result that the fluid sensor does not receive the echo reflection and the transit time is therefore not measured exactly. These changes cause irregular measurement results or do not provide measurement results.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Erfindung einen Fluidsensor zum Erfassen mindestens einer Eigenschaft eines Fluids vor. Der Fluidsensor besitzt einen Erfassungsbereich; ein für das Erfassen einer Eigenschaft eines im Erfassungsbereich befindlichen Fluids ausgestaltetes Erfassungselement; und ein um den Erfassungsbereich herum angeordnetes Gitter. Das Gitter ist ausgestaltet, um es einem flüssigen Anteil des Fluids zu erlauben, in den Erfassungsbereich einzutreten und ihn zu verlassen und einen Gasanteil des Fluids im Wesentlichen daran zu hindern, in den Kanal einzutreten, während es einen Ausgang, oder Auslass, bereitstellt, damit eingeschlossenes Gas entweichen kann. In a further embodiment, the invention provides a fluid sensor for detecting at least one property of a fluid. The fluid sensor has a detection area; a detection element configured for detecting a property of a fluid located in the detection area; and a grid arranged around the detection area. The grating is configured to allow a liquid portion of the fluid to enter and exit the detection area and substantially prevent a gas portion of the fluid from entering the channel while providing an exit, or outlet, therewith trapped gas can escape.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Erfindung ein Verfahren vor, um Gasblasen in einem Erfassungssystem zum Erfassen eines in einem Behälter enthaltenen Fluids zu verhindern, wobei das Erfassungssystem einen Erfassungsbereich und einen Sensor besitzt. Das Verfahren beinhaltet das Verbinden eines Gitters mit dem Erfassungssystem, wobei das Gitter den Erfassungsbereich bedeckt; Erlauben, dass ein flüssiger Anteil des Fluids durch das Gitter in den Erfassungsbereich eintritt und ihn verlässt; Hindern eines Gasanteils des Fluids am Eintreten in den Erfassungsbereich; und Erfassen einer Eigenschaft des im Erfassungsbereich enthaltenen Fluids.In a further embodiment, the invention provides a method for preventing gas bubbles in a detection system for detecting a fluid contained in a container, the detection system having a detection area and a sensor. The method includes connecting a grid to the detection system, the grid covering the detection area; Allowing a liquid portion of the fluid to enter and exit the detection area through the grid; Preventing a gas portion of the fluid from entering the detection area; and sensing a property of the fluid contained in the sensing area.
Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung auf unterschiedliche Fluide anwendbar ist, darunter, aber nicht ausschließlich, Ottokraftstoff, Dieselkraftstoff, Motorenöl, Hydraulikflüssigkeit und Getriebeöl, welche allesamt beim Schwappen und bei heftigen Schwingungen bekanntlich schäumen.It should be noted that the invention is applicable to various fluids, including, but not limited to, gasoline, diesel, engine oil, hydraulic fluid, and transmission oil, all of which are known to foam upon sloshing and violent vibration.
Weitere Gesichtspunkte der Erfindung werden durch die Betrachtung der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.Further aspects of the invention will become apparent upon review of the detailed description and accompanying drawings.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Erfassen und Transportieren eines Fluids.1 shows a side view of a device for detecting and transporting a fluid. -
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung in1 .2nd shows a perspective view of the device in1 . -
3 zeigt eine Schnittansicht eines in der Vorrichtung in den1 und2 verwendeten Erfassungssystems.3rd shows a sectional view of one in the device in FIGS1 and2nd used detection system. -
4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Erfassungssystems in3 .4th shows a perspective view of the detection system in FIG3rd . -
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Filterabschirmung.5 shows a perspective view of an embodiment of a filter shield. -
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Filterabschirmung in5 , verbunden mit dem Erfassungssystem in den3 und4 .6 shows a perspective view of the filter shield in5 , connected to the registration system in the3rd and4th . -
7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Filterabschirmung in der Draufsicht.7 shows a further embodiment of a filter shield in plan view. -
8 zeigt eine Seitenansicht der Filterabschirmung in7 .8th shows a side view of the filter shield in7 . -
9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Filterabschirmung in den7 und8 .9 shows a perspective view of the filter shield in the7 and8th . -
10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Filterabschirmung in den7-9 , verbunden mit dem Erfassungssystem in den3 und4 .10th shows a perspective view of the filter shield in the7-9 , connected to the registration system in the3rd and4th . -
11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines in der Vorrichtung in1 verwendeten Erfassungssystems.11 shows a perspective view of a further embodiment of one in the device in FIG1 used detection system. -
12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines in der Vorrichtung in1 verwendeten Erfassungssystems.12th shows a perspective view of a further embodiment of one in the device in FIG1 used detection system.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Bevor Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben werden, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Ausführung und die Anordnung der Komponenten, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen illustriert werden, beschränkt ist. Die Erfindung kann weitere Ausführungsformen annehmen und kann auf unterschiedliche Weise hergestellt oder ausgeführt werden.Before embodiments of the invention are described in detail, it should be noted that the application of the invention is not limited to the details of the embodiment and the arrangement of the components, which are set out in the following description or illustrated in the following drawings. The invention can take other forms and can be made or made in different ways.
Wenngleich die hier beschriebene Erfindung auf unterschiedliche Fluide, Kraftstoffe und Öle (z.B. Ottokraftstoff, Dieselkraftstoff, Motorenöl, Hydraulikflüssigkeit, Getriebeöl usw.) angewandt oder in Verbindung mit ihnen genutzt werden kann, werden hier beschriebene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf DEF zur Anwendung in einem SCR-System beschrieben.Although the invention described herein can be applied to, or used in conjunction with, different fluids, fuels, and oils (e.g., gasoline, diesel, engine oil, hydraulic fluid, transmission oil, etc.), embodiments of the invention described herein with respect to DEF are for use in one SCR system described.
Die
Die Vorrichtung
Die
Der Konzentrationssensor
Der Füllstandssensor
Der Temperatursensor
Der Rahmen
In den bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Begleiterscheinung eines Partikels eine im Fluid eingeschlossene Gasblase. Die Gittersiebe
In einer Ausführungsform sind im Fluid enthaltene Gasblasen, die größer als eine Öffnungsweite der Gittersiebe
Die
In Ausführungsformen mit einem Kamin
Somit sieht die Erfindung unter anderem ein Sensorsystem einschließlich eines Filters, der verhindert, dass Gasblasen in das Sensorsystem eintreten, vor. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in den folgenden Ansprüchen dargelegt.Thus, the invention provides, inter alia, a sensor system including a filter that prevents gas bubbles from entering the sensor system. Various features and advantages of the invention are set out in the following claims.
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